涌流間相互作用對空投變過流保護的影響

孟潞

(天津市電力供電公司，天津 300010)

涌流間相互作用對空投變過流保護的影響

孟潞

(天津市電力供電公司，天津 300010)

分析了涌流間相互作用對勵磁涌流衰減速度的影響，通過分析發(fā)現(xiàn)，由于和應涌流和勵磁涌流的相互作用，致使空投變的勵磁涌流衰減速度變慢，可能會導致了后備過流保護的誤動。進一步的提出了應對措施。大量的仿真實驗驗證了結論的正確性。

勵磁涌流；和應涌流；變壓器；過流保護

0 前言

差動保護是變壓器內(nèi)部故障的主保護。勵磁涌流和故障電流的正確識別是變壓器差動保護亟需解決的關鍵問題[1-9]。隨著我國輸電容量的不斷增加，多臺變壓器同時運行已經(jīng)成為常態(tài)，出現(xiàn)了變壓器差動保護誤動的新情況，這就是和應涌流現(xiàn)象。和應涌流對變壓器保護的影響已經(jīng)成為研究的熱點問題。相關學者對有關和應涌流形成的機理，防范措施等進行了卓有成效的研究[10-13]。但以往的研究大多集中在和應涌流對運行變的影響上面，而對空投變保護的影響研究卻很少。

文中詳細分析了涌流間的相互作用機理，指出勵磁涌流與和應涌流相互作用能導致勵磁涌流的衰減速度變慢，因此可能導致空投變后備保護過流保護的誤動，并針對這一問題提出了相應的解決措施。大量的仿真實驗驗證了結論的正確性。

1 涌流間相互作用機理分析

假設空投變?yōu)樽儔浩鱐1，運行變#1和#2等效為變壓器T2，兩臺等效變壓器并聯(lián)連接。為了方便分析，假設變壓器T2不帶負荷，其簡化等效電路如圖1所示。

圖1 和應涌流簡化等效電路模型

其中，is為系統(tǒng)側電流，i1和i2分別為流過變壓器T1和T2的勵磁電流，Rs、Ls為系統(tǒng)側等效電阻和電感，R1和L1分別為T1的等效電阻和電感，R2和L2分別為T2的等效電阻和等效電感。文獻 [14]詳細推導了和應涌流產(chǎn)生的機理，在此就不再累述，只給出等效變壓器TI和T2在一個周期內(nèi)磁鏈的變化方程：

其中i1f表示電流i1在一個周波內(nèi)非周期分量的平均值。從上式可以看出，T1的合閘涌流不僅自身的磁鏈有衰減，而且由于系統(tǒng)電阻Rs的存在，該衰減的涌流在T2上產(chǎn)生了偏磁，這也是T2產(chǎn)生和應涌流的根本原因。假設T1的勵磁涌流i1是偏向于時間軸正側的 (同理可假設為偏于時間軸負側，不影響分析結果)，可以看到隨著T1磁鏈的減少，T2的磁鏈反相增加，在T2未達到飽和前，i2≈0。在T2產(chǎn)生和應涌流之后，i2逐漸增大，此時的情況開始變得復雜。結合圖2說明之后的勵磁涌流的變化過程。

圖2 勵磁涌流與和應涌流示意圖

由于兩臺變壓器i1和i2極性相反，設i1為正極性，則i2為負極性，此時因此和應涌流產(chǎn)生后兩變壓器的磁鏈變化為：

比較 Δφ1'、Δφ2'與 Δφ1、Δφ2，得＜Δφ2可知產(chǎn)生和應涌流之后，T1磁鏈衰減的速度減緩，同時T2磁鏈反相增加的速度也減緩，當Δφ2'=0，即i2=時，φ2反向增加到最大值，開始衰減。由于Rs＞＞R2，可近似看作i1=i2，這使得和電流is迅速減小到零附近，Rs所起的衰減作用幾乎消失，使得兩臺變壓器只能靠各自的R1和R2來衰減偏磁，每個周期偏磁的衰減為：

由于R1和R2的值比較小，因此，涌流的衰減速度要比單個變壓器發(fā)生涌流時要緩慢得多。特別的，通過 (1)、 (3)、 (5)的比較可以看出，空投變產(chǎn)生勵磁涌流，勵磁涌流的衰減速度會大為降低，這對空投變的保護產(chǎn)生不利的影響。

2 對空投變保護的影響

和應涌流和勵磁涌流相互作用，導致了空投變T1的磁通變化減慢，進而導致了勵磁涌流衰減速度變緩。后備過流保護由于空投變的電流衰減較慢，導致了空投變在一段延時后其電流幅值仍然超過了后備電流保護的定值，進而導致了過流保護的誤動作。對于空投變主保護差動保護而言，由于微機保護一般都采用了二次諧波制動環(huán)節(jié)，所以一般不會導致主保護誤動。

由于空投變后備保護誤動是由于涌流間的相互作用引起的，那么要使后備過流保護不誤動，就要減少涌流間的相互作用，具體可以采取如下措施：

1)可以在空投變壓器時，把運行變的中性點暫時不接地，這樣就使得空投變和運行變的零序回路斷開，鐵芯飽和程度輕，和應涌流較小。因此涌流間的相互作用減弱，導致勵磁涌流衰減速度加快。

2)還有方法指出，通過加強變電站與系統(tǒng)的聯(lián)系，也可以減少和應涌流的幅值，這樣也就減小了涌流間的相互作用。下面就涌流間相互作用對勵磁涌流的影響和相關解決措施進行仿真驗證。

3 仿真驗證

利用MATLAB搭建了兩臺并聯(lián)變壓器T1和T2，其中T1是空投變，T2是運行變。兩臺變壓器的參數(shù)相同：額定容量180 MVA；變壓器變比為220/110；變壓器兩側繞組的漏抗均為0.08 Pu，變壓器的剩磁為 [-0.8，0，0.8]，空投變壓器在0.25 s空投。本次仿真分析包括兩部分內(nèi)容：

1)仿真驗證和應涌流對勵磁涌流衰減速度的影響；

2)對可能采取的防范措施進行仿真分析。

3.1 和應涌流對勵磁涌流衰減速度影響

圖3表示的是和應涌流對勵磁涌流衰減速度的影響情況。圖3上方的仿真圖表示的是存在和應涌流時勵磁涌流的變化情況；下方的仿真圖表示的是只有空投變，沒有運行變時勵磁涌流的變化情況。

圖3 和應涌流對勵磁涌流衰減的影響

通過圖3可以明顯的看出，由于和應涌流的影響，勵磁涌流的衰減速度明顯減緩。本文對空投變在不同的合閘時間和剩磁的情況下進行了大量的仿真實驗。試驗證明：和應涌流與勵磁涌流之間的相互作用使勵磁涌流的衰減速度變慢。

3.2 改變運行變的中性點接地方式

圖4表示的是改變運行變中性點接地方式對勵磁涌流的影響情況。通過圖4可以看出 (實線表示的是中性點不接地，虛線表示的是中性點直接接地)，由于將運行變中性點不接地，斷開了空投變和運行變的零序通路，使得勵磁涌流衰減速度明顯加快。

圖4 運行變中性點接地方式對勵磁涌流的影響

3.3 加強變電站與系統(tǒng)側的聯(lián)系

理論上講，加強變電站與系統(tǒng)側的聯(lián)系，能減少和應涌流的幅值，這樣涌流間的相互作用會被削弱。但是為了使和應涌流的幅值減少，就要減少系統(tǒng)側的電阻，而這無疑增大了勵磁涌流的衰減速度。因此加強與系統(tǒng)側的聯(lián)系產(chǎn)生了兩方面的影響：一是減少和應涌流能夠使得勵磁涌流的衰減速度加快；二是減少系統(tǒng)側電阻能夠使得勵磁涌流的衰減速度減慢。因此總體衰減速度不能夠很好的確定。而且系統(tǒng)側阻抗的減小，往往會引起勵磁涌流幅值的增大。所以該方法不適合解決空投變后備保護誤動的問題。仿真圖如圖5所示，實線表示的是強系統(tǒng)聯(lián)系；虛線表示的是弱系統(tǒng)聯(lián)系。

圖5 變電站與系統(tǒng)聯(lián)系強弱對勵磁涌流的影響

綜上所述，比較有效的解決措施就是改變運行變中性點接地方式，這樣既能有效的抑制勵磁涌流的幅值，也能加快涌流的衰減速度，進而避免空投變后備保護的誤動。

4 結束語

通過對涌流間的相互作用的分析發(fā)現(xiàn)，和應涌流不僅會對運行變產(chǎn)生不利的影響，也會對空投變產(chǎn)生不利的影響，容易引起空投變后備過流保護的誤動。當空投變壓器時暫時斷開運行變的中性點能起到很好的預防效果。需要指出的是，這類誤動事故的原因具有隱蔽性，不易被發(fā)現(xiàn)。因此這種現(xiàn)象值得引起注意。

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Research on the Influence of Interaction Between Sympathetic Inrush and Inrush Current on No-load Transformer Over Current Protection And The Countermeasures

MENG Lu
(State Grid TianJin Electric Power Company，Tianjin 300010，China)

The principle of interaction between sympathetic inrush and magnetizing inrush is analyzed in detail.Through the analysis，it is found that the interaction between sympathetic inrush and the inrush current can low the decay velocity of magnetizing inrush significantly，and may cause the mis-operation of backup protection of the no-load transformer.Furthermore，the countermeasures are put forward.A large number of MATLAB simulations prove the method to be reasonable.

inrush current；sympathetic inrush；power transformer；over current protection

TM40

B

1006-7345(2014)06-0048-03

2014-07-18

孟潞 (1990)，女，助理工程師，天津市供電公司，從事電力系統(tǒng)保護與控制 (e-mail)shen198806＠126.com。